Atomová fyzika - literatura

Transkript

1 Atomová fyzika - literatura Literatura: D.Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika (Část 5: Moderní fyzika), I. Úlehla, M. Suk, Z. Trnka: Atomy, jádra, částice, Akademia, Praha, A. Beiser: Úvod do moderní fyziky, Academia, Praha, L. Machala: Cvičení atomové a jaderné fyziky, Vydavatel.UP, Olomouc, M. Chown: Čarodějná pec, Praha, T. Hey, P. Walters: Nový kvantový vesmír, ARGO/Dokořán, Praha, E.V. Špolskij: Atomová fyzika, TVV 1952

2 Historické mezníky Leukipos,Demokritos (*470 př.n.l.) Může být látka dělena do nekonečna? Pojem ATOM. Existují pouze atomy a prázdno. Přechod od předpokladu spojité látky ke strukturované látce. 1N 2 KTL: p = mv 3V Bernoulli Daniel ( ) aplikoval Newtonovy pohybové zákony na pohyb atomů plynu a dospěl k měřitelné makroskopické veličině tlak plynu ( Proust Joseph L. ( ) Zákon stálých poměrů slučovacích: Poměry hmotností prvků vstupujících do sloučeniny jsou stálé : 2H 2 + O 2 = 2H 2 O. (Hmotn.poměr prvků sloučeniny je nezávislý na přípravě sloučeniny) Dalton John (1802) - Zákon násobných poměrů slučovacích: Tvoří-li prvky více sloučenin, pak jejich hmotnosti jsou vzájemně v poměrech, které lze vyjádřit malými celými čísly. Mendělejev Dimitrij Ivanovič ( ) periodický systém Brownův pohyb objevil Brown Robert ( ) v roce 1827, vysvětlil Einstein Albert ( ) v roce 1905 Skenovací tunelový mikroskop 1978, 1986 Existence diskrétní struktury látky je dnes experimentálně potvrzena.

3

4 Dalton.teorie 4

5 2 3 mv m 2 2kT ( ) 4πv e f v = 2πkT střední kvadratická rychlost 5

6 Avogadrův zákon Stejné objemy všech plynů obsahují za stejného tlaku a teploty vždy stejný počet molekul. Poměr hustot dvou plynů je tedy za stejné teploty a tlaku stejný jako poměr hmotností jejich molekul. Loschmidtova konstanta n V 0 0 = m = mol cm 3 Avogadrova konstanta N A představuje je celkový počet atomů v 12 gramech nuklidu uhlíku N = ± mol A ( ) 23-1

7 Shrnutí Všechny látky se skládají z velmi malých, nedělitelných částic - atomů. Atomy téhož prvku jsou stejné, atomy různých prvků jsou různé a liší se svými vlastnostmi. Během chemické reakce nastává vzájemné spojování, oddělování a přeskupování atomů. Během chemické reakce atomy nevznikají, nezanikají a nemění se na atomy jiného prvku. Hmota má atómovou a molekulovou stavbu

8 Poměrná atomová hmotnost m ( ,10 ) kg Volba referenčního prvku systém poměrných atomových hmotností 1HJ = 1 m ( 8 O) amu -chem. aktivita, velké množství sloučenin -přírodní směs nuklidů kyslíku O Unifikace od r.1961 Uhlík 12 C 6 1u = kg 1 1 u = 1amu = m ( C ) 1u hmotnosti atomu vodíku

9 Koncepce molu - určité množství entit - 1 mol C(12,6) = 12g Látkové množství umožňuje vyjadřovat množství látky pomocí počtu částic. Jednotkou je mol. Jeden mol je látkové množství vzorku, který obsahuje tolik částic (atomů, molekul, iontů - je třeba uvést), kolik atomů je obsaženo ve vzorku nuklidu 12C, jehož hmotnost je přesně 12 g. Číselná hodnota hmotnosti 1 molu látky (vyjádřená v gramech) je rovna relativní molek. či atomové hmotnosti této látky. ( ) ± N A =. mol n = V m = mol cm 3 1u = ( ± ) 10 kg MeV c Hmotnostní číslo atomu přirodzené číslo blízké k relat. atómovému číslu Arel A=n+p v jadre

10 Avogadrova konstanta a Elektrolýza Elektrolýza chemický rozklad látky el. proudem El. proud vzniká pohybom iontů. HCl H + Cl H SO + 2H + SO Množství látky vyloučené na elektrodě závisí jen na množství prošlého náboje n Q 2. Na vyloučení 1 molu jednovalentního prvku je potřeba náboj F= C (Faradayova konstanta) Potřeba znát e viz Milikan N A = F e počet iontů m = It M νe N A hmotnost iontu

11

12 Zobrazení atomů V roce 1986 obdrželi polovinu Nobelovy ceny za fyziku dva pracovníci curyšských výzkumných laboratoří firmy IBM, pánové Gerd Binning a Heinrich Rohrer

13 První tunelový mikroskop

14 Příklady použití rastrového tunelového mikroskopu Manipulace s atomy Atomy jódu na povrchu krystalu platiny

15 Optická soustava Magnetické čočky Ernst Ruska HRTEM - BaTiO 3 1 v + 1 u = 1 f TEM - baktetie De Broglie vlna: elektron se chová jako vlnění vlnová délka elektronu (200 kev 6 pm) je kratší jako vlnová délka světla (550 nm)

16 Historické mezníky Atom nejmenší část chemického prvku, je stavebním kamenem molekuly, je elektricky neutrální rozměr m = 0,1 nm = 1 Å hmotnost kg Narušení představy o nedělitelnosti atomu - Faradayovy zákony vedení proudu v elektrolytech, náboj se přenáší ionty: kladnými kationty, zápornými anionty, elementární náboj 1, C Thomson Joseph John ( ) objev katodových paprsků, pudinkový model atomu Millikan Robert Andrews ( ) změřil elementární náboj, elektron: e ~ 1, C, m e ~ 9, kg elektron první elementární částice

17 Sir Joseph John Thomson (18. prosince srpna 1940) Nobelovu cenu získal v roce 1906 za teoretické a experimentální výzkumy elektrické vodivosti plynů Pudinkový model atomu: atom má kulový Tvar s rovnoměrným objemovým rozložením Kladného náboje, v němž plavou elektrony

18 Historické mezníky Přirozená radioaktivita Bequerel Antoine Henri ( ) a Rutherford Ernest ( ): záření alfa, beta a gama, Marie a Pierre Curieovi

19 Wilhelm Conrad Röntgen (27. března února 1923) Nobelovu cenu získal v roce 1901 za objev paprsků X.